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NDICE

pgina

INTRODUCCIN 3

I. CONCEPTOS GENERALES 3

Qu es una tubera? 3

Acero 4

Clasificacin por objetivo 4

Clasificacin por funcin 5

Datos de tuberas 6

Proceso de fabricacin 6

Propiedades mecnicas 16Conexiones o juntas 18

Tipos de juntas 19

Proceso de maquinado 22

Estndares sobre tuberas 25

Diseo de sartas de tuberas 28

Retrospectiva de mtodos 30

II. CAPACIDAD DE RESISTENCIA DE LAS TUBERAS 32

Condiciones de falla 32

Cedencia 33

Colapso 34

Estallamiento 40

Tensin 40

Fallas por carga de presin 46

Ejemplos de fallas en tubulares 47

Diagrama de capacidad de juntas 54


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III. CONDICIONES DE CARGA 55

Eventos de carga 56Cargas de presin 57

Perfiles de presin externa 58

Perfiles de presin interna 59

Cargas axiales 61

Cargas no axiales (formaciones plsticas) 64

Cargas triaxiales 64

Efectos axiales 64

Corrosin 69

Condiciones iniciales de carga 70

IV. SELECCIN DE TUBULARES 73

Mtodos de seleccin 74

Seleccin de juntas 75

Seleccin hidrulica de tubera de produccin 76

Anlisis de torque y arrastre 81

Ancalado de TR 82

Centradores de tuberas de revestimiento 83

V. METODOLOGA PARA EL DISEO MECNICO 85

Tubera de produccin 85

Procedimiento de diseo 85

Eventos de carga 86

Diseo de sartas de perforacin 88

Los aparejos de fondo convencionales 90

Mtodo de flotacin de Lubinski 90

Mtodo de Paslay y Dawson 91Ejemplo de diseo de una sarta de perforacin 92

VI. HERRAMIENTAS DE SOFTWARE PARA DISEO DE TUBERAS 99

REFERENCIAS 101


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* lbf = libras fuerza

Tabla 1 Caractersticas geomtricas y mecnicas de la tubera de perforacin

Dimetronominal

(pg)

Peso

nominal

(lb/pie)

Clase Grado Tensin*( lbf)

Torsin(ft-lbf)

Resistencia

al Colapso

(psi)

2 3/8 4.85 I E75 98000 4760 10500

II G105 151000 5810 11763

Premium X95 136000 6090 12155

3 13.30 I G105 452000 29520 13344

II S135 382000 22160 13721

Premium E75 153000 11090 8703

4 14.00 I X95 361000 29500 13721

II S135 404000 27740 15592

Premium G105 314000 25420 13866

4 20.00 I E75 412000 36900 12546

II S135 581000 44030 18058

Premium G105 452000 40160 16042

5 19.50 I X95 501000 52140 12039II X95 395000 34460 9631

Premium S135 561000 58110 15636

5 24.70 I S135 895000 101830 17626

II G105 5 48000 52370 11096

Premium E75 391000 44320 9051

6 5/8 25.20 I E75 489000 70580 6542

Dimetronominal

(pg)

Peso

nominal

(lbf/ ft)

Grado DimetroDrift

(pg)

DimetroInterior

(pg)

Resistencia

al Colapso

(psi)

Tensin(1000 lbf)

4 9.50 H-40 3.965 4.090 2760 11111.60 K-55 3.875 4.052 4010 165

15.10 P-110 3.701 3.826 14350 485

5 11.50 J-55 4.435 4.560 3060 182

15.00 N-80 4.283 4.408 7250 350

24.10 P-110 3.875 4.000 19800 778

5 14.00 J-55 4.887 5.012 3120 22217.00 K-55 4.767 4.892 4910 273

20.00 P-110 4.653 4.778 11100 6416 5/8 20.00 H-40 5.924 6.049 2520 229

24.00 C-90 5.796 5.921 6140 624

24.00 P-110 5.796 5.921 6730 763

7 17.00 H-40 6.413 6.538 1420 196

23.00 L-80 6.241 6.366 3830 532

35.00 P -110 5.879 6.004 13020 1119

7 5/8 47.10 N-80 6.250 6.375 12040 1100

26.40 C-95 6.844 6.969 3710 714

29.70 P-110 6.750 6.875 5350 940

8 5/8 24.00 K-55 7.972 8.097 1370 381

36.00 L-80 7.700 7.825 4100 827

49.00 P-110 7.386 7.511 10750 1553

Tabla 2 Caractersticas geomtricas y mecnicas de la tubera de revestimiento ytubera de produccin


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Laminado: El tocho entra al horno giratorio, que con-tiene nueve zonas de calentamiento, donde se al-canzan temperaturas de 1200C en forma gradual.Al salir del horno, se enva al desescamador paraeliminar la oxidacin que sufre al contacto con la

atmsfera y se procede al perforado.Se obtiene un esbozo cilndrico. Esteproceso es fundamental en la fabri-cacin de tuberas sin costura y es lla-mado Proceso Mannessmann. Esteesbozo se enva al mandril que con-tiene un lubricante (brax), el cual esintroducido al laminador continuo,que pasa a travs de siete jaulas y

calibradores. Ah es donde se haceel tubo. Se obtienen longitudes dehasta 30 metros, con dimetro inte-rior y exterior precisos, cumplien-do con las tolerancias permitidasAPI. A la salida del calibrador, el di-metro y la ovalidad son verificados

por medio de rayo lser y posteriormente el tuboes enviado a las cortadoras para dar el rango so-licitado. Por ltimo, se enva al piso de enfriamien-to. En la figura 5 se muestra el proceso de lamina-do continuo a mandril retenido.

Figura 3 Flujo del proceso de acera

Figura 2 Proceso de fabricacin de una tubera

Horno elctrico de fusin Horno de afinacin Vaciado de acero


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presin interna del 80% de su capacidad durantecinco segundos, de acuerdo con la norma delAPI 5CT.

Control final y embarque: Finalmente, el tubo sepesa y se mide. As se tiene toda la informacin com-pleta de rastreabilidad del tubo, para ser estarcido,estampado, barnizado y embarcado.

En el estarcido se indican los datos del tubo como:el dimetro exterior, peso unitario, mandril, lon-gitud, pruebas de inspeccin, manufacturado, n-mero de colada, orden de produccin y nmerode tubo.

En la figura 8 se muestra el flujo del proceso de aca-bado del tubo (proceso de pesado, medicin,

estarcido y estampado).

El control final es la ltima inspeccin detallada deltubo, este control puede ser:

Inspeccin electromagntica (EMI); consiste enmedicin longitudinal, rayos gama, inspeccintransversal y comparador de grado de acero.

Prueba ultrasnica (UT); consiste en espesor depared y deteccin de posibles defectos longitu-dinales, transversales y oblicuos.

Figura 6 Tratamiento de temple

Figura 7 Horno de revenido

Horno de Austenizacin

62 toneladas por hora9 zonas de calentamiento

3 zonas de homogeneizacin

vigas mviles de 45 espacios

60 quemadores a gas natural

sistema de computacin y regulacin computarizados

Horno de Revenido

62 toneladas por hora

22 zonas de calentamiento

3 zonas de homogeneizacin

vigas mviles de 55 espacios

pirometros ircon con registro

precisin de temperatura horno +/- 5C

microestructura uniforme de martensita revenida

Tina de temple por Inmersin

Templado externo e internoMxima longitud del tubo 14.5m

99% de transformacin martenstica

Dureza homognea a travs del espesor

Control de presin y temperatura de agua


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Figura 47 Degollamiento de TR en la junta



Figura 50 Degollamiento de TR en junta


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un comportamiento de la envolvente de trabajo odiagrama de capacidad de una junta. Desgraciada-mente, el desarrollo de este tipo de grficos es ex-clusivamente posible por los fabricantes de juntas,dado que las dimensiones de diseo de la conexinson de patente(en el caso de las conexionespremium).

III. CONDICIONES DE CARGA

Las condiciones bajo las cuales trabaja una tuberaen el interior de un pozo son variadas y de magni-tud considerada. Las cargas principales que se pre-sentan en un pozo y que actan sobre la tubera son:cargas axiales, cargas de presin, cargas torsionales,cargas no-axiales, corrosin y flexin. Cada una deestas cargas merece un tratamiento particular paradespus comprender la accin combinada de ellas.

Las cargas axiales se producen inicialmente por la ac-cin natural de los efectos gravitacionales, es decir elpeso propio de los tubos. Debido a que los tubos seintroducen en el interior de un pozo lleno de un fluidode control, se debe considerar el efecto de flotacin.Adems, durante la introduccin se presentan efec-tos axiales como: arrastre o friccin generada por elcontacto entre agujero y tubera y tubera-tubera. Tam-bin se presenta el efecto de choque que se generapor el paro sbito al momento de introducir. Despusde la introduccin (nacimiento del tubo) el estado decargas axiales se ve alterado por efecto de los cam-bios de presin y/o temperatura que se suscitan alcambiar de densidad del fluido de control y al efec-tuar operaciones que demandan presin, por lo quese generan efectos axiales como: balonamiento,pistoneo, pandeo y efectos axiales por la accin delcambio de temperatura.

Figura 53 Envolvente triaxial del cuerpo del tubo y su conexin


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Diseo de Sarta de Perforacin

Carga axial ( kg )


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93

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

-50000 0 50000 100000 150000 200000

Carga axial ( kg )

Profundidad(m

)

Flotada

Aire

S-135

G-105

X-95

CUARTA ETAPA

TRAM. SECC DIAM LONG GRADO P.AJUST P.AIRE P.FLOT P.ACUM APRIETE RESIST.TENS.

pg m kg/m kg kg kg pie/lbs ton

3 1 4 3/4 35 D C 73,8 2584 1844 1844 54000

3 2 4 3/4 5,0 ESTAB 73,8 369 263 2107 54000

27 3 3.5 243 H W 40,0 9720 6934 9041 21800

238 4 3 1/2 922 T P S135 21,9 20154 14377 23418 12600 161

18 4 4 1/2 162 T P G105 28,1 4551 3247 26665 16546 149

102 4 5 2138 T P X95 31,9 68208 48658 75323 19919 156

TOTAL 3505 105586 75323 75323

PESO SARTA EN EL AIRE = 105586 Kg

PESO SARTA EN EL LODO = 75323 Kg

MARGEN PARA JALAR = 81 ton

INTERVALO DE 2800 a 3500 m.

DENSIDAD DE LODO = 2.15 gr/cc.

Figura 89 Comportamiento axial, pozo prueba 2


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Figura 98 Comportamiento de esfuerzo triaxial en diseo de TR del pozo prueba 3

Figura 99 Comportamiento axial en diseo de TR para el pozo prueba 3


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